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延伸による高分子の構造と物性制御

［コードNo.22STA142］

■体裁／ Ａ４判　並製本　３１０頁
■発行／ ２０２２年　１月２８日　Ｓ＆Ｔ出版(株)
■定価／ ７１,５００円（税・送料込価格）
■ＩＳＢＮコード／ 978-4-907002-88-6

監修

東京工業大学鞠谷 雄士

執筆

東京工業大学鞠谷 雄士
信州大学大越 豊
京都大学竹中 幹人
群馬大学上原 宏樹
群馬大学撹上 将規
金沢大学新田 晃平
日本ポリケム(株)北出 愼一
(株)東洋精機製作所橋本 祥典
山形大学伊藤 浩志
(株)クラレ津村 佳弘
(株)東レリサーチセンター大田 玲奈
東京工業大学宝田 亘
東洋紡(株)谷村 彩
東洋紡(株)早川 章太
福井大学田中 穣
(株)ATリサーチラボ多加谷 明広
名古屋工業大学信川 省吾
東京工業大学田口 諒
東京工業大学宍戸 厚
東京大学大村 拓
東京大学岩田 忠久
サレジオ工業高等専門学校坂口 雅人
関西大学田實 佳郎
京都工芸繊維大学山根 秀樹
(株)クレハ三枝 孝拓
京都工芸繊維大学中嶋 元
三菱ケミカル(株)並木 慎悟
農研機構吉岡 太陽
農研機構亀田 恒徳
KT POLYMER金井 俊孝
(株)プライムポリマー(現 山形大学)小林 豊
(株)プライムポリマー大槻 安彦
(株)日本製鋼所串﨑 義幸
(株)日本製鋼所貞金 徹平
出光興産(株)郡 洋平
横浜国立大学河端 昌也
東洋紡(株)佐々木 靖
東洋紡(株)飯田 真
日本ゼオン(株)佐藤 隆
大阪ガスケミカル(株)大田 善也
中田西日本繊維技術士事務所中田 賢一
(株)日本製鋼所富山 秀樹
東洋製罐(株)石井 玲太

書籍趣旨

　延伸は,高分子材料の製品化において極めて重要なプロセスである。高分子のもつ特徴の一つが異方性であり、延伸操作は異方性を制御する技術として位置づけられる。繊維・フィルムの製造を中心に延伸は幅広く行われているが、延伸操作の中でどのように異方性の構造が形成され、これがどのように製品の性質に結びつくかについては、未だに解明されていない部分が多い。
　本書は、高分子の延伸に関わる最新の研究事例を集めたものであり、延伸の基礎科学から工業プロセスに至る幅広い内容が含まれている。高分子の基礎科学を扱う研究者は,生産現場で高分子が受ける温度・変形・応力などの履歴に関わる定量的な理解が必要であり、一方、工業プロセスを扱う研究者は,プロセス中の高分子の振舞いについて、経験と勘に頼るのではなく、高分子の基礎科学的観点から理解を深める必要がある。本書が両者の視点を繋げる役割を担うことができればと願っている。
　　　　　　　　　　　　　　　<中　略>
　本書の執筆を依頼するに当たり、各章の著者には大枠のテーマのみを伝え、内容の詳細については、文章の長さを含めなるべく自由に執筆を進めて頂いた。冒頭に述べた通り、延伸に関わる理解が十分には進展していない状況下で、新規な計測法を駆使した取り組み、新しい材料への取り組みなどで新鮮な知見が蓄積されつつある。多くの章で充実した内容とともに力の籠ったイントロダクションを提供されているのは,各々の著者の延伸に対する思い入れの深さを物語っている。一方,繊維,フィルム,ボトルの製造に関わり、基礎実験、実際の製造プロセスの双方について、最先端の情報、現場でしか分からない生々しい情報が提供されている点も本書の大きな特徴になったと考えている。本書が延伸に関わる研究・開発の進展に少しでも貢献できれば幸いである。

東京工業大学　鞠谷 雄士(監修者「まえがき」より抜粋)

目次

第１章繊維・フィルムの延伸による構造・物性制御
1．　はじめに
2．　繊維・フィルムの延伸工程
2．1伸長変形
2．2自由表面
2．3フィルム延伸
3．　延伸条件と構造および物性
3．1延伸形態
3．2延伸温度
3．3延伸応力・延伸速度・延伸倍率
4．　延伸による構造制御
4．1配向要素と配向形態
4．2配向度
4．3延伸による分子配向
4．4配向結晶化と繊維構造形成
5．　おわりに
第２章高分子延伸挙動の精密制御と"その場"解析
第１節結晶性高分子の延伸における階層構造の変化
1．　はじめに
2．　LLDPEとHDPEの一軸延伸下でのUSAXS,SAXS,WAXSその場観察の結果
2．1LLDPEおよびHDPEの延伸前の階層構造
2．2LLDPEにおける延伸下での階層構造の変化
2．3HDPEにおける延伸下での階層構造の変化
3．　まとめ
第２節超高分子量ポリエチレンの延伸とin-situ X線計測による結晶構造解析
1．　超高分子量ポリエチレンの延伸技術
2．　延伸過程におけるin-situ計測技術
3．　重合パウダー延伸過程におけるin-situ X線計測
4．　溶融延伸過程におけるin-situ X線計測
5．　分子鎖絡み合いモデル
6．　溶融二軸延伸による高性能膜・高機能膜の創製
7．　まとめ
第３節高分子延伸過程におけるin-situ NMR測定による動的構造変化の観測
1．　はじめに
2．　パルスNMR法
3．　In-situパルスNMR計測
4．　UHMW-PE溶融延伸過程における分子鎖絡み合い状態の変化
5．　LLDPE延伸フィルムの伸長/収縮動作におけるタイ分子の状態変化
6．　おわりに
第４節ポリオレフィン一軸および二軸延伸過程における分光測定による分子配向挙動と構造解析
1．　緒言
2．　ラマン散乱測定による分子配向の解析法
2．1測定装置
2．2分子配向状態の評価
2．3一軸延伸過程下でのラマン分光測定例
3．　ニ軸延伸下における赤外分光測定
3．1延伸過程中における赤外分光測定装置
3．2配向関数評価法
3．3二軸延伸過程での分子配向挙動の測定例
3．3．1　同時二軸延伸
3．3．2　逐次二軸延伸
4．　総括
第５節βポリプロピレンの延伸における構造変化
1．　はじめに
2．　β晶の構造と生成条件
3．　βポリプロピレンの延伸時の特徴
4．　まとめ
第６節フィルムの延伸・緩和過程における高速位相差カメラによる光学特性評価
1．　はじめに
2．　フィルム延伸過程のオンライン位相差計測
2．1延伸過程におけるオンライン位相差測定
2．2位相差と複屈折
3．　非晶性フィルムの延伸過程
3．1COCフィルムの一軸延伸過程におけるオンライン位相差評価
3．2COCフィルムの応力光学係数と複屈折評価
4．　結晶性フィルムの延伸過程
4．1UHMWPEフィルムの一軸延伸過程におけるオンライン位相差評価
4．2UHMWPEフィルムの同時二軸延伸過程
5．　二層高分子フィルムの延伸過程評価
5．1COP/LLDPEフィルムの一軸延伸過程におけるオンライン位相差評価
5．2COP/LLDPEフィルムの二軸延伸過程におけるオンライン計測
6．　まとめ
第７節ポリビニルアルコール繊維の延伸における高次構造変化
1．　はじめに
2．　PVA繊維の紡糸方式と構造-物性相関
2．1PVA繊維の延伸過程のリアルタイム観察
2．2パルスNMRによるPVA繊維の延伸中の分子運動性解析
3．　まとめ
第８節PTFE延伸フィルムの製造技術
1．　ポリテトラフルオロエチレンの延伸
2．　重合パウダー延伸
3．　溶融延伸
4．　二軸延伸
5．　まとめ
第９節PETフィルムの延伸に伴う高次構造変化の各分析法による解析
1．　はじめに
2．　延伸による物性への影響
3．　結晶性および結晶配向の確認
4．　非晶部変化の確認
5．　おわりに
第10節PET,PENフィルムの一軸,二軸延伸過程における分子配向と結晶化挙動
1．　はじめに
2．　フィルム延伸過程における応力と複屈折の同時測定
2．1延伸装置と延伸倍率
2．2応力の測定
2．3複屈折の測定
3．　PETフィルムの延伸過程における分子配向と結晶化挙動
3．1自由幅一軸延伸過程
3．2同時2軸延伸過程
3．3固定幅1軸延伸
3．4延伸PETフィルムにおける結晶配向
4．　PENフィルムの延伸過程における分子配向と結晶化挙動
4．1自由幅一軸延伸過程
4．2同時二軸延伸過程
4．3固定幅一軸延伸過程
4．4逐次二軸延伸過程
4．5フィルムの初期状態が結晶配向に与える影響
5．　おわりに
第11節PET フィルムの一軸、二軸延伸過程におけるIn situ X 線構造解析
1．　はじめに
2．　逐次二軸延伸過程での構造変化
3．　延伸温度変更時の構造変化
4．　おわりに
第12節Infusion現象を利用したPET繊維の常温延伸・繊維構造形成・機能化
1．　はじめに
2．　PET未延伸繊維のエタノール中バッチ延伸
2．1延伸挙動
2．2延伸繊維の解析
2．3エタノール中延伸過程でのinfusion挙動
3．　PET未延伸糸のエタノール中連続延伸
3．1延伸挙動
3．2延伸繊維の解析
4．　まとめ
第13節高分子フィルム材料の延伸と熱的性質との相互関係
1．　はじめに
2．　ガラス転移と構造緩和
3．　実験方法
4．　cpデータのモデル計算
5．　延伸とTgのシフト
6．　おわりに
第14節ゼロ・ゼロ複屈折ポリマーと固有複屈折の評価方法　～PMMAフィルムの一軸延伸と配向度解析～
1．　はじめに
2．　複屈折を発現しないポリマーの設計
2．1配向複屈折
2．2光弾性の複屈折
2．3ゼロ複屈折ポリマーの合成
2．4ゼロ・ゼロ複屈折ポリマーの設計
2．5アクリルポリマーの固有複屈折評価方法
2．5．1　固有複屈折評価のためのPMMAの一軸延伸フィルム
2．5．2　延伸装置について
2．5．3　固有複屈折評価のためのその他の注意点
3．　ゼロ・ゼロ複屈折ポリマーとその応用
3．1液晶ディスプレイ用偏光板保護フィルム
3．2偏光レーザーバックライト
4．　おわりに
第15節延伸による非晶性高分子フィルムの力学特性制御
1．　はじめに
2．　高分子フィルムの延伸と分子配向
2．1延伸により誘起される高分子鎖の配向の評価
2．2ゴム～ガラス状態での延伸時の高分子の複屈折と応力の関係
3．　高分子材料の脆性-延性転移
3．1高分子材料の破壊特性-脆性/延性と分子構造の関係
3．2延伸による脆性-延性転移現象
4．　おわりに
第16節延伸高分子フィルムの湾曲定量解析
1．　はじめに
2．　曲率半径解析
3．　表面ひずみの定量解析
4．　湾曲破壊の抑制
5．　おわりに
第３章バイオマス・生分解性材料の合成・成形技術と応用展開
第１節微生物産生ポリエステルから高性能繊維の作製技術開発と構造解析
1．　バイオマスプラスチックと生分解性プラスチック
2．　微生物産生ポリエステル
3．　微生物産生ポリエステルの繊維化
3．1非晶質繊維からの高強度繊維化
3．1．1　超高分子量ポリエステルからの高強度繊維化 (冷延伸法と二段階延伸法)
3．1．2　中間熱処理延伸法
3．1．3　通常高分子量体 (野生株産生) ポリエステルからの高強度繊維化 (微結晶核延伸法)
3．2一部結晶を残存させた紡糸法による強度と伸縮性を有した繊維化 (部分溶融紡糸法)
4．　大型放射光を用いた伸縮性微生物産生ポリエステルフィルムの伸縮機構の解明
5．　おわりに
第２節押出延伸における分子配向挙動の評価及びポリ乳酸スクリューの力学的特性への影響
1．　はじめに
2．　実験方法
2．1成形方法
2．2スクリューにおける力学的特性の評価
2．3延伸したロッドにおける配向評価
3．　実験結果及び考察
4．　まとめ
第３節ポリ乳酸の繊維化におけるステレオコンプレックス晶形成
1．　はじめに
2．　高速紡糸したPLLA/PDLAブレンド繊維の繊維構造
3．　高速紡糸PLLA/PDLAブレンド繊維の昇温過程での結晶構造変化
4．　高光学純度PLLA及びPDLAを用いたSC晶繊維作製の試
5．　PLLA、PDLA分子鎖の相互拡散係数
6．　おわりに
第４節延伸によるポリ乳酸における圧電性の発現
1．　ポリ乳酸の圧電性起源
1．1キラル高分子結晶としてのPLLA結晶の圧電性
2．　複雑な高次構造を持つPLLAfilmのマクロな圧電性
3．　PLLAfilmに圧電性を発現させる配向制御
4．　キラル高分子の特徴を活かした配向PLLAfilmと配向PDLAfilmによる見かけ圧電性の向上
5．　おわりに
第５節ラクチルセグメントをビルディングブロックとした機能性素材の開発と応用
1．　はじめに
2．　ラクチルセグメント
3．　ラクチルセグメント結合体・共結合体
4．　ステレオブロックラクチルセグメント結合体
5．　交互ステレオブロック結合体の熱的性質
6．　交互ステレオブロック結合体溶融紡糸繊維の性質
7．　おわりに
第６節ポリグリコール酸繊維の製造条件と構造・物性の関係
1．　はじめに
2．　PGAの特性と用途
2．1基本特性
2．2機械物性
2．3ガスバリア性
2．4生分解性と環境負荷低減
2．5用途
2．5．1　炭酸飲料用ボトル
2．5．2　シェールガス・オイル掘削部材
3．　PGA繊維の製造条件と構造・物性
3．1PGAの溶融紡糸
3．2PGA繊維の構造と機械物性
3．3高強度PGA繊維の製造
3．4高速溶融紡糸PGA繊維の特長
4．　おわりに
第７節Poly(ethylene 2,5-furandicarboxylate)(PEF)の特性と結晶化挙動
1．　バイオプラスチックの概況 - PEFの位置づけ -
2．　PEFの特性と結晶構造の関係
2．1PEF vs PET:基本的物性の比較
2．2PEF vs PET:結晶化速度 - PEFの半結晶化時間 -
2．3PEFの結晶化挙動と触媒の関係
2．4PEFの配向に伴う結晶化
2．4．1　一軸延伸
2．4．2　二軸延伸
2．5PEFの特徴的な結晶構造
2．5．1　PEFフラン環の回転運動性(vs PETフェニル基)
2．5．2　PEF特有のコンホメーション
2．5．3　PEFの結晶形態
2．5．4　PEFのmolecular weight between entanglements (Me)
3．　まとめ
第８節バイオエンジニアリングプラスチックDURABIO光学フィルムの開発
1．　はじめに
2．　DURABIOの製造方法
3．　DURABIOの材料特性と用途
4．　DURABIO光学フィルムの特性
5．　DURABIOの加工性
5．1溶融押出製膜
5．2延伸
6．　おわりに
第９節ミノムシ糸延伸過程の構造変化と高タフネス発現機構
1．　はじめに
2．　力学特性
3．　階層構造
3．1一次構造
3．2結晶構造～高次構造
4．　延伸によるシルクの構造変化
5．　おわりに
第４章延伸の工業応用
第１節延伸フィルムの構造・物性制御と挙動解析のポイント
1．　はじめに
2．　二軸延伸成形
2．1二軸延伸の成形挙動
2．2二軸延伸試験機による延伸性評価と材料設計
第２節ポリプロピレンの延伸における結晶化メカニズム
1．　はじめに
2．　溶融延伸による結晶化と造核剤の作用との違い
3．　現実の成形加工における PP の結晶化挙動
4．　結晶化モデルを構築に向けた PP の基礎情報
4．1PPの結晶基礎
5．　流動結晶化モデル
5．1成形加工シミュレーションにおける結晶化挙動の予測
5．2PPの高速結晶化挙動の予測
第３節PEの逐次二軸延伸における延伸条件設定
1．　緒言
2．　BOPE用逐次二軸延伸装置
2．1押出機
2．2Tダイ
2．3キャスト工程
2．4MDおよびTD延伸
2．5サンプルフィルム物性の評価
3．　まとめ
第４節低立体規則性ポリプロピレンを用いたPP繊維・不織布の成形性と物性
1．　はじめに
2．　低立体規則性ポリプロピレンを用いたポリプロピレン繊維の高速溶融紡糸性改良
2．1ポリプロピレン繊維の高速溶融紡糸
2．1．1　高速溶融紡糸実験
2．2紡糸性に対する低立体規則性成分の添加効果
2．3低立体規則性成分の結晶化速度に対する添加効果
3．　低立体規則性ポリプロピレンを用いた細糸・高強度・柔軟不織布の開発
3．1スパンボンド不織布の成形
3．2紡糸性におけるLMPP添加効果
3．3細繊度化した不織布の性能
4．　まとめ
第５節ETFEフィルムの延伸成形と延伸挙動および構造解析
1．　はじめに
2．　ETFEフィルムの応力-ひずみ関係と降伏
2．11軸引張の場合
2．21軸応力と2軸応力による伸びの違い
2．3クリープによるETFEフィルムの伸び
2．4高温時,低温時のETFEフィルムのSS曲線
2．5繰返引張によるETFEフィルムの伸びと強度保持率
3．　弾塑性構成式
3．1平面応力状態と主応力
3．2ひずみ増分・ひずみ速度
3．3応力増分・応力速度
3．4ひずみ増分理論
3．5全ひずみ理論
3．6相当応力と相当塑性ひずみ
3．7降伏条件
4．　ETFEフィルムの弾塑性解析
4．1降伏後の挙動
5．　ETFEフィルムを用いた円形平面膜の加圧実験による検証
5．1円形平面膜の弾塑性変形
5．2球形膜の弾塑性変形
6．　繰返荷重を受けるエアクッション(ETFEフィルム)の挙動
7．　2軸応力(1:1)の繰返しに対するETFEフィルムの挙動
8．　まとめ
第６節高複屈折PETフィルムの成形・量産技術と応用
1．　はじめに
2．　光学設計
2．1屈折率制御
2．2主軸傾斜の抑制
3．　成形加工技術
3．1光学特性の制御
3．2量産技術
3．3インラインコート技術
4．　偏光子保護フィルムへの応用
5．　おわりに
第７節ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムの延伸による物性・特性制御
1．　はじめに
2．　PEN樹脂の特性と延伸プロセスにおける構造形成
3．　延伸によるPENフィルムの物性・特性制御
3．1貯蔵弾性率
3．2寸法安定性
3．3表面粗さ
3．42軸延伸PENフィルムのヤング率
3．52軸延伸PENフィルムの膨張係数
3．62軸延伸PENフィルムの熱収縮率
3．72軸延伸PENフィルムの長期耐熱性
4．　PENフィルムの特性
5．　おわりに
第８節光学フィルムの延伸による分子配向・光学特性制御と解析技術
1．　はじめに
2．　位相差フィルムの特徴
2．1液晶ディスプレイに使われる位相差フィルム
2．2位相差フィルムの特性
2．3OLED用反射防止フィルム
3．　位相差フィルムの製造方法
3．1原反製造
3．2各種延伸プロセス
3．3斜め延伸技術の応用
4．　まとめと今後の展開
第９節フルオレンポリエステルの延伸による複屈折の評価及び制御
1．　はじめに
2．　フルオレンポリエステルについて
3．　フルオレンポリエステルの延伸による複屈折の評価及び制御
3．1オンライン測定法による複屈折評価
3．2オフライン測定法による複屈折の評価及び制御
4．　まとめ
第10節紡糸延伸装置と延伸条件の設定
1．　はじめに
2．　紡糸延伸装置の推移
2．12ステップから1ステップ直延法へ
2．2高速化と多エンド化量産設備
2．2．1　紡糸延伸速度の高速化
2．2．2　高速化の限界について
2．2．3　多エンド化の推進
3．　延伸条件の設定と延伸設備について
3．1延伸条件のポイント
3．2未延伸糸の加熱方式について
3．3延伸後の熱処理について
4．　最後に(最新の延伸設備)
4．1新技術による必要加熱長の探索とローラー数の決定
4．2新方式紡糸設備の操業化(i-Box:TMTマシナリー社製品名称)
第11節フィルム延伸装置と延伸条件の設定
1．　逐次二軸延伸法
2．　同時二軸延伸法
3．　オーブンの特徴
第12節PETボトルの延伸ブロー成形
1．　PET樹脂について
2．　PETボトルの成形工程
3．　PETボトルの延伸ブロー成形
4．　PETボトルの種類と成形方法の違い
5．　最近のPETボトルの技術課題
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